轮胎气压/温度监测系统及装有该系统的车辆

摘要

本发明揭示了一种轮胎气压/温度监测系统，包括：轮胎组件，安装在车辆的轮胎上，包括高频发射单元和低频接收单元；收发天线，包括高频收发单元和低频收发单元，与轮胎组件进行通信；控制器，通过一连接线路与收发天线相连，控制轮胎组件和收发天线之间的通信并通过收发天线接收轮胎组件监测的胎压/胎温状态；显示组件，与控制器相连，显示由轮胎气压监测系统监测的胎压/胎温状态；其中，收发天线通过低频收发单元使用低频向轮胎组件的低频接收单元发射来自控制器的指令；并通过高频收发单元接收由轮胎组件的高频发射单元用高频发射的胎压/胎温状态；控制器与收发天线以时分复用的方式共用同一连接线路，用低频向收发天线发送指令并接收由收发天线转发的胎压/胎温解调码流状态。本发明还揭示了一种轮胎气压/温度监测方法以及采用上述技术的车辆。

说明书

本申请要求提交于2005年7月15日的申请号为200520043458.1的专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及汽车轮胎气压/温度监测技术，更具体地说，涉及一种轮胎气压/温度监测系统及方法，以及使用该种技术的车辆。

背景技术

轮胎气压以及温度对于汽车的安全行驶至关重要，不合理的胎压(尤其是压力偏低)还会明显增加燃油消耗。目前存在两种型式的轮胎压力监测系统：直接式和间接式。间接式是附加在轮胎防抱死制动系统(ABS)中、基于四轮转速差判断的系统，它无法监测胎温，而直接式则是利用电子传感器直接测量轮胎内部压力和温度并把信息传递、显示出来的系统，它往往是一套独立的系统(TPMS)；受工作原理的局限，间接式系统存在误报警频度高、缺气轮胎定位困难等难以克服的问题。直接式TPMS系统的瓶颈则在于无线通讯可靠性和轮胎电子模块的寿命。目前批产的TPMS都是单向系统，即只存在从轮胎电子模块到主控制器(接收机)的单向信息通路，轮胎模块工作在完全自主的模式下；轮胎模块监测到胎压/胎温的变化或异常时，就发送信息给接收机，但它无法确保主控制器能够正确接收到此信息(例如车速为180Km/h时，典型的帧信息有效接收只有50％-60％)，故为了增加通讯和报警可靠性，轮胎模块在加大发射功率的同时还不得不多次发送冗余信息(10次甚至更多，即使这样，也无法保证达到极高的通讯可靠性)。轮胎模块利用电池能量工作，无线信息的发射耗能相对较大，多频次、大功率地发射信息会大大缩短电池寿命，所以目前批产单向系统的轮胎电子模块只能承诺4-5年的使用寿命。

双向直接式电子轮胎胎压监测系统可以直接、实时地测量胎内的胎压和温度，为保障行驶安全提供了一份最直接的保障。对于目前技术状态下的轮胎气压监测系统而言，其中最关键的是轮胎模块的电池寿命、通讯可靠性和重量，其中尤以电池寿命最为关键。双向直接式的轮胎电子模块和接收机工作在互动模式下，轮胎模块既可以自主也可以应接收机的要求实时发送胎压和胎温信息，并可以在信息交互过程中确保通讯成功，减少轮胎模块信息的冗余发送，从而节省轮胎模块电池电量，延长寿命。如何在尽量减轻轮胎模块重量的同时最大限度地提高通讯可靠性和节省电池电量就成为了一个很重要的研究课题。轮胎电子模块的监测过程电耗很小，通常为几个微安，但信息的无线发送过程耗电相对较大，峰值可达几个毫安。对于容量仅为几百个毫安时的纽扣电池而言，单向直接式轮胎电子模块信息的冗余、频繁发送会大大缩短其工作寿命。双向直接式轮胎电子模块克服了上述的两个缺点，故可以相对延长其工作寿命。

在目前的普遍方案设计中的两个环节中仍存在一些缺点：高频传输线的成本和轮胎电子模块发射功率偏大。50欧姆高频传输线和对应的汽车用接插件的价格相对于普通屏蔽单线和普通接插件的价格要高出2-5倍之多，而一台车中四接收天线方案高频传输线的用量动辄就在10米以上，接插件也有七、八对之多。如果使用普通屏蔽单线和普通接插件则每车可以节省上百元的成本。为了保证轮胎模块高速旋转状态下接收天线的良好接收效果，大多数的轮胎模块都工作在相对大功率发射状态下，例如对于433.92MHz的模块而言，按照国家标准其允许的最大有效发射功率为10mW(距离电基本振子10米处的理想场强可达为100dBμV/m)。高频信号的发送为间歇短时发送(典型发送时间多为几十毫秒之内)，这个状态下调整发射频度可使轮胎模块的工作寿命达到5年(这是目前市场上TPMS类产品的典型寿命，工作寿命L＝电池容量C/(发射频度F×单次发射耗电量Q))。接收解码芯片组要求的信噪比可以做到6dB(信号检出的敏感电平优于7dBμV(-100dBmW))，而按照国家标准，汽车环境中433.92MHz的背景噪声电平10米处测量应在40dBμv/m以下。通过简单计算就可得知，此时的信噪比可达60dB(远远优于6dB)。如果把发射场强降低为原来的0.707倍(发射功率降为原来的一半)，信噪比降为57dB(仍然远优于6dB)。这样在同样的电池容量和监测/发射条件下，其寿命可以延长为原来的两倍。事实上，对于四天线分布接收的系统而言，发射功率还可以大大降低，例如降低为原来的1/1000(-20dBmW)，则信噪比降低为30dB(仍然优于6dB)。这样就可以很容易地达到与整车同设计寿命(例如10年)。如何降低轮胎组件发射功率的同时保证通讯可靠性以使得系统达到与车同设计寿命(例如10年)，以及如何使用普通的屏蔽单线和接插件传递信息以降低成本都是本发明所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的轮胎气压/温度监测技术，以解决现有技术中的不足。

根据本发明的第一方面，提供一种轮胎气压/温度监测系统，包括：轮胎组件，安装在车辆的轮胎上，所述轮胎组件包括高频发射单元和低频接收单元；收发天线，包括高频收发单元和低频收发单元，与所述轮胎组件的高频发射单元和低频接收单元进行通信；控制器，通过一连接线路与所述收发天线相连，控制轮胎组件和收发天线之间的通信并通过收发天线接收所述轮胎组件监测的胎压/胎温状态信息；显示组件，与所述控制器相连，显示由轮胎气压监测系统监测的胎压/胎温状态信息；其中，所述收发天线通过低频收发单元使用低频向轮胎组件的低频接收单元发射来自控制器的指令；并通过高频收发单元接收由轮胎组件的高频发射单元用高频发射的胎压/胎温状态信息；所述控制器与所述收发天线以时分复用的方式共用同一连接线路，用低频向所述收发天线发送指令并接收由所述高频收发天线解调的胎压/胎温状态信息。

根据本发明的一实施例，所述控制器包括：高频信号解码装置，接收由所述高频收发天线解调的轮胎状态码流信号，并从中解码出胎压/胎温状态信息；低频信号产生装置，产生用于控制所述收发天线和轮胎组件的指令，并调制成低频信号；高/低频链路切换开关，可切换地连接所述高频信号解码装置和低频信号产生装置，还连接到所述连接线路；在低频信号产生装置产生并发射低频信号时，所述高/低频链路切换开关切换至使得低频信号产生装置与所述连接线路耦接以在所述连接线路上传输低频信号；在高频信号解码装置接收解调信号时，所述高/低频链路切换开关切换至使得高频解码装置与所述连接线路耦接以在所述连接线路上接收码流信号。

根据本发明的一实施例，所述控制器的高/低频链路切换开关周期性地自动在高频信号解码装置和低频信号产生装置之间切换，且低频信号产生装置发射低频信号的持续时间短于高/低频链路切换开关切换到与低频信号产生装置相耦合的持续时间。

根据本发明的一实施例，所述控制器配置成在高/低频链路切换开关进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息。

根据本发明的一实施例，所述控制器配置成连接线路上有低频信号传输的持续时间比所述高/低频链路切换开关切换到与所述低频信号产生装置相连接的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

根据本发明的一实施例，所述轮胎组件通过气门嘴紧固在车辆轮毂上，贴近轮胎的内圈，包括：低频接收单元，接收低频信号；高频发射单元，发射高频信号；胎压/胎温传感器，接触胎内气体，检测胎压/胎温；处理器，与所述低频接收单元、高频发射单元和胎压/胎温传感器相连，根据由所述低频接收单元接收的经收发天线转发的来自控制器的低频指令，控制传感器检测胎压/胎温，并通过高频发射单元将胎压/胎温信息发送给收发天线解调并转发给控制器；以及电池，为上述各部件供电。

根据本发明的一实施例，所述收发天线安装在车辆的轮罩上，包括：高频收发单元，接收/解调高频信号；低频收发单元，接收/发射低频信号；双向信号切换电路，切换电路连接所述连接线路，并且可切换地连接所述高频收发单元和低频收发单元，在切换到高频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输解调信号，当切换到低频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输低频信号。

根据本发明的一实施例，所述收发天线的低频收发单元和轮胎组件的低频接收单元通过低频磁场实现通信。较佳的，所述收发天线和轮胎组件平行布置，即在轮胎旋转过程中收发天线的低频收发单元轴线与轮胎组件的低频接收单元轴线沿磁力线方向保持平行。

根据本发明的一实施例，所述高频信号为433.92MHz，而所述低频信号为125KHz。

根据本发明的一实施例，所述连接线路为单芯屏蔽线或双绞线，通过接插件与所述控制器和收发天线相连接。较佳的，收发天线具有轮边解调功能，所述控制器和收发天线间的连接线路为普通屏蔽线或双绞线。

根据本发明的第二方面，提供一种具有轮胎气压监测系统的车辆，所述轮胎气压监测系统包括：数组轮胎组件，轮胎组件的数量与车辆的轮胎述相当，在车辆的每一个轮胎上安装有一组所述轮胎组件，所述每一组轮胎组件包括高频发射单元和低频接收单元；数组收发天线，收发天线的数量与轮胎组件相当，每一组收发天线包括高频收发单元和低频收发单元，每一组收发天线与对应的一组轮胎组件的高频发射单元和低频接收单元进行通信；控制器，通过数条连接线路与所述数组收发天线相连，控制每一组对应的轮胎组件和收发天线之间的通信并通过数组收发天线接收所述数组轮胎组件监测的胎压/胎温状态，其中，对于每一组收发天线，使用一条连接线路；显示组件，与所述控制器相连，显示由轮胎气压监测系统监测的胎压/胎温状态信息；其中，所述数组收发天线通过低频收发单元使用低频向轮胎组件的低频接收单元发射来自控制器的指令；并通过高频收发单元接收由轮胎组件的高频发射单元用高频发射的胎压/胎温状态；所述控制器与每一组所述收发天线以时分复用的方式共用同一连接线路，用低频向所述收发天线发送指令并接收由所述收发天线解调的胎压/胎温状态码流。

根据本发明的一实施例，所述控制器包括：高频信号解码装置，接收由所述高频收发天线解调的码流信号，并从中解码出胎压/胎温状态信息；低频信号产生装置，产生用于控制所述收发天线和轮胎组件的指令，并调制成低频信号；高/低频链路切换开关，可切换地连接所述高频信号解码装置和低频信号产生装置，还连接到所述连接线路；在低频信号产生装置产生并发射低频信号时，所述高/低频链路切换开关切换至使得低频信号产生装置与所述连接线路耦接以在所述连接线路上传输低频信号；在高频解码装置接收高频解调信号时，所述高/低频链路切换开关切换至使得高频信号产生装置与所述连接线路耦接以在所述连接线路上接收解调的码流信号。

根据本发明的一实施例，所述控制器配置成在高/低频链路切换开关进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息；或者所述控制器配置成连接线路上有低频信号传输的持续时间比所述高/低频链路切换开关切换到与所述低频信号产生装置相连接的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

根据本发明的一实施例，所述轮胎组件放置在车辆轮毂上，贴近轮胎的内圈，包括：低频接收单元，接收低频信号；高频发射单元，发射高频信号；胎压/胎温传感器，接触胎内气体，检测胎压/胎温；处理器，与所述低频接收单元、高频发射单元和胎压/胎温传感器相连，根据由所述低频接收单元接收的经收发天线转发的来自控制器的低频指令，控制传感器检测胎压/胎温，并通过高频发射单元将胎压/胎温信息发送给收发天线并转发给控制器；以及电池，为上述各部件供电。

根据本发明的一实施例，所述收发天线安装在车辆的轮罩上，包括：高频收发单元，接收/解调高频信号；低频收发单元，接收/发射低频信号；双向信号切换电路，切换电路连接所述连接线路，并且可切换地连接所述高频收发单元和低频收发单元，在切换到高频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输解调信号，当切换到低频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输低频信号。

根据本发明的一实施例，所述每一组对应的收发天线的低频收发单元和轮胎组件的低频接收单元通过低频磁场实现通信；且所述每一组对应的收发天线和轮胎组件平行布置，即在轮胎旋转过程中对应的收发天线的低频收发单元轴线与轮胎组件的低频接收单元轴线沿磁力线方向保持平行。

根据本发明的一实施例，所述显示组件放置在车辆的仪表板上，包括一显示区域。

根据本发明的一实施例，收发天线具有轮边解调功能，所述控制器和收发天线间的连接线路为普通屏蔽线或双绞线。

根据本发明的第三方面，提供一种轮胎气压监测方法，以时分复用的方式在同一连接线路上用低频发送指令并接收胎压/胎温状态，包括：切换连接线路状态至传输低频信号的状态，由一控制器以低频信号在连接线路上发送指令至一收发天线；收发天线根据指令以低频信号与一轮胎组件通信，要求进行胎压/胎温检测；轮胎组件进行胎压/胎温检测，并以高频信号将监测的胎压/胎温状态发送给高频收发天线；切换连接线路状态至传输高频解调信号的状态，高频收发天线把高频信号解调并发送胎压/胎温状态码流至控制器；控制器将胎压/胎温状态解码并传送至一显示组件显示；在车辆开动期间反复进行上述的步骤。

根据本发明的一实施例，当切换连接线路至传输低频信号的状态时，产生用于控制所述收发天线和轮胎组件的指令，并调制成低频信号，于连接线路上传输；当切换连接线路至传输高频解调信号的状态时，接收高频信号，并从中解调出胎压/胎温状态。

根据本发明的一实施例，周期性地自动在传输低频信号的状态和传输高频解调信号的状态之间切换，且发射低频信号的持续时间短于切换连接线路至传输低频信号的状态的持续时间。

根据本发明的一实施例，进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息。

根据本发明的一实施例，切换连接线路至传输低频信号的持续时间比发射低频信号的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

根据本发明的一实施例，收发天线和轮胎组件通过低频磁场实现通信。

根据本发明的一实施例，收发天线和轮胎组件平行布置，即在轮胎旋转过程中收发天线的低频收发单元轴线与轮胎组件的低频接收单元轴线沿磁力线方向保持平行。

根据本发明的一实施例，所述高频信号为433.92MHz，而所述低频信号为125KHz。

根据本发明的一实施例，所述收发天线具有轮边解调功能，所述控制器和收发天线间的连接线路使用普通屏蔽线或双绞线。

本发明高低双频信号方案(下行低频链路125KHz，上行高频链路433.92MHz)实现了轮胎组件和控制器的实时双向互动通讯(休眠/唤醒-发送/确认机制让轮胎组件完全处于主控制器的监控之下)。此实时双向互动通讯的工作机制极大地提高了通讯可靠性(收发天线和轮胎组件都正常工作时通讯可靠性为100％)，并且大大减少了轮胎组件的信息冗余发射次数(典型地1-2次发射即可完成通讯)；此系统再辅以轮边解调方案，实现了轮胎组件的超低功率发射(例如等效发射功率降为-20dBmW时，轮边解码仍可保证信号可靠检出，因为高频接收解码芯片的信号检出敏感电平一般都优于-100dBmW)。实时双向互动通讯和轮边解码方案的实施可显著节省轮胎组件电池电量，使轮胎组件达到了与车同设计寿命(例如，大于等于十年)；此外，双向通讯模式同时还实现了轮胎组件工作状态的主动诊断和轮胎组件身份ID的实时自动识别，这进一步提高了整个系统的可靠性和轮胎组件安装/更换的便捷性。基于降低系统成本以及简化线束布置考虑，本发明提出了连接导线的双向信号甚至还包括电源供电的分时共用机制，使得控制器到收发天线的连线从四根线减少为两条线。

附图说明

本发明上述的以及其它的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的进一步描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记表示相同的特征，其中，

图1是本发明的轮胎气压监测系统的一实施例结构框图；

图2是图1所示的实施例的轮胎气压监测系统的详细结构框图；

图3是本发明的双向信号共线传输的时序示意图；

图4是本发明的另一实施例的控制器及收发天线的电路图；

图5是本发明使用的单芯屏蔽线的截面结构图。

图6是本发明的车辆的一实施例的结构示意图；

图7是本发明的轮胎气压监测方法的一实施例的流程图；

图8是本发明的控制器的工作和配对流程；

图9是本发明的轮胎组件的工作和配对流程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

轮胎气压监测系统

根据本发明的第一方面，首先提供一种轮胎气压监测系统，包括：轮胎组件，安装在车辆的轮胎上，轮胎组件包括高频发射单元和低频接收单元；收发天线，包括高频收发单元和低频收发单元，与轮胎组件的高频发射单元和低频接收单元进行通信；控制器，通过一连接线路与收发天线相连，控制轮胎组件和收发天线之间的通信并通过收发天线接收轮胎组件监测的胎压/胎温状态；显示组件，与控制器相连，显示由轮胎气压监测系统监测的胎压状态；其中，收发天线通过低频收发单元使用低频向轮胎组件的低频接收单元发射来自控制器的指令；并通过高频收发单元接收由轮胎组件的高频发射单元用高频发射的胎压/胎温状态；控制器与收发天线以时分复用的方式共用同一连接线路，用低频向收发天线发送指令并接收由收发天线解调的胎压/胎温状态。

图1所示的实施例提供一种轮胎气压/温度监测系统100，参考图1示出了其结构框图，该系统100包括：控制器102、接收天线104、轮胎组件105和显示组件103。

控制器102包括高频信号解码装置120和低频信号产生装置122，其中的高频信号解码装置120接收由收发天线104转发的高频解调信号，并从中解码得到胎压/胎温状态；低频信号产生装置122产生用于控制收发天线104和轮胎组件105的指令，并调制成低频信号。控制器102还包括一高/低频链路切换开关124，一端可切换地连接到高频信号解码装置120和低频信号产生装置122，在高频信号解码装置120和低频信号产生装置122之间进行切换，高/低频链路切换开关124的另一端连接到连接线路106。在低频信号产生装置122产生并发射低频信号时，高/低频切换开关124切换至使得低频信号产生装置122与连接线路106耦接以在连接线路上传输低频信号；在高频解码装置120接收解调信号时，高/低频链路切换开关124切换至使得高频解码装置120与连接线路106耦接以在连接线路106上传输解调码流信号。

该轮胎气压监测系统100中的轮胎组件105紧固在轮胎的轮毂上，贴近轮胎的内圈，参考图2所示出的详细结构图，包括：低频接收单元150，接收低频信号；高频发射单元152，发射高频信号；胎压/胎温传感器154，接触胎内空气，检测胎压/胎温；处理器156，与低频接收单元150、高频发射单元152和传感器154相连，根据由低频接收单元150接收的经收发天线104转发的来自控制器102的低频指令，控制传感器154检测胎压/胎温，并通过高频发射单元152将胎压/胎温信息发送给收发天线104并转发给控制器102，在该实施例中，轮胎组件105还包括用于供电的电池158。

该实施例的轮胎气压监测系统100中的收发天线104安装在车辆的轮罩上，也可称之为轮罩收发天线，包括：高频收发单元140，接收/解调高频信号，其中高频收发单元140通过高频电磁场接收来自轮胎组件105的高频发射单元152的高频信号，并通过连接线路106向控制器102传送解调信号；低频收发单元142，接收/发射低频信号，其中低频收发单元142通过连接线路106接收来自控制器102的低频信号，并通过低频磁场向轮胎组件105的低频接收单元150发射低频信号；双向信号切换电路144，双向信号切换电路144连接连接线路106，并且把高频收发单元140和低频收发单元142，耦接到连接线路106上传输双向信号进一步参考图2所示的详细结构图，可见，该实施例中收发天线104的低频收发单元142和轮胎组件105的低频接收单元150通过低频磁场实现通信。并且，收发天线104和轮胎组件105平行布置，即在轮胎旋转过程中收发天线104的低频收发单元142轴线与轮胎组件105的低频接收单元150轴线沿磁力线方向保持平行。这样做的原因是，在本双向系统中低频低频磁场信号的发送和接收是一个关键环节，是轮胎电子模块实现系统节能运行的重要辅助硬件资源。收发天线的低频收发单元和轮胎组件的低频接收单元的布置方式是实现高效接收的核心要素。在此处中采用平行布置法来克服轮胎旋转而导致的方向变化问题，即在轮胎旋转过程中低频接收单元线圈的轴线与低频收发单元线圈处轴线沿磁力线方向保持平行，从而大大降低轮胎旋转而导致的磁场场强叠加变化影响

在该实施例中，高频信号为433.92MHz，而低频信号为125KHz。根据一个实施例，控制器102的高/低频链路切换124开关周期性地自动在高频信号解调装置120和低频信号产生装置122之间切换，且低频信号产生装置发射低频信号的持续时间短于高/低频切换开关切换到与低频信号产生装置相耦合的持续时间。此时，控制器102配置成在高/低频切换开关124进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息。或者，根据另一种切换方案，控制器102配置成连接线路106上有低频信号传输的持续时间比高/低频切换开关124切换到与低频信号产生装置相连接的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

在本发明的系统100中，高、低频链路信号以时分复用的方式共用同一连接线路106，收发天线组件104使用高频链路，向控制器102传送信号，通常是解调后的胎压/胎温状态；而控制器102使用低频，比如125kHz的信号向收发天线组件104传送信号，通常是控制指令。由于高低频链路信号共用同一条连接线路106，因此由高/低频链路切换开关124负责将连接线路106连接到高频信号接收解码装置和低频信号产生装置，从而实现高、低频链路信号的分时共线传输，传输控制的时序图可参考图3所示：

高低频链路开关周期性地在高频信号接收解调装置和低频信号产生装置之间进行切换，当切换到高频链路中接收解码装置时，称为“高频侧”；当切换到低频信号产生装置时，称为“低频侧”。控制器的高频信号解码装置在“高频侧”通过连接线路106接收高频链路信号，相应的，收发天线的高频收发单元在“高频侧”通过连接线路106发送解调信号，而高频信号则由轮胎组件的高频发射单元向收发天线的高频收发单元发射。控制器的低频信号产生装置在“低频侧”在连接线路106上发送低频信号，相应的，收发天线的低频收发单元在“低频侧”接收低频信号并通过磁场向轮胎组件的低频接收单元转发。此处需要说明，在图3中，“高频侧”和“低频侧”被视为周期性并且是等间隔的，但是在实际的应用中，并不需要实现严格的等间隔周期，每一个“高频侧”或者“低频侧”的持续时间可以是不等长的，并且也可是出现连续的“高频侧”或者是连续的“低频侧”的情况，这都是本领域的技术人员可以预见到的。同样，“高频侧”和“低频侧”也不一定需要是周期性的，可以根据需要进行随意的调整。同样需要说明，此处使用的术语“高频侧”和“低频侧”是为了说明方便，并不对本发明的范围进行任何的限制，本领域的技术人员可以根据喜好改变这些术语的名称，这并不对本发明保护范围有任何的影响。

继续参考图3可见，为了确保高低频信号的接收/传输不会出现串扰的现象，本发明在进行传输时添加了保护时隙，保护时隙一般添加在高/低频链路切换开关进行切换的时候。比如参考图3，当高/低频链路切换开关从“高频侧”切换到“低频侧”或者从“低频侧”切换到“高频侧”时，都具有保护时隙，在保护时隙内，不传输任何的信息。在图3所示的实施例中，保护时隙都是添加在“低频侧”中，即接收低频信号的持续时间，即低频信号产生装置发射低频信号的持续时间，它短于高/低频开关切换到与低频信号产生装置相连接的持续时间，即“低频侧”的持续时间，这样，就在低频信号进行传输的前后都添加了一个保护时隙，保证在进行低频信号的传输之前，已经没有高频信号继续接收，以及在低频信号传输完成后，等待完全没有低频信号传输之后，再开始接收高频信号。需要说明的是，本领域的技术人员应该理解，保护时隙可以添加在“低频侧”，也可以添加在“高频侧”，两者都可以达到保护的目的，虽然此处示出的实施例中保护时隙都添加在“低频侧”，但是其它情况也是本领域的技术人员可以预见到的。在节省了昂贵的高频连接线路以后，本发明的另一个目的是降低轮胎组件的发射功率，并使用普通屏蔽单芯线和普通接插件实现信号的传送。使用普通屏蔽单芯电线和普通接插件的所带来的一个问题是433.92MHz高频信号的插入损耗衰减(典型50欧姆同轴缆在433.92MHz的插入损耗要优于0.1dB/m，而普通屏蔽单芯线的插入损耗可能高达1dB/m)。因为调制信号频率(例如10K比特/秒)一般都大大低于载波信号频率，故在本发明中，这种插入损耗通过在接收天线端设置轮边解调电路来解决，也就是使用一个轮边解调电路先行把调制信号解调出来并传送来解决传输损耗和避免信噪比的降低

图7是本发明使用的连接线路106，单芯屏蔽线的截面结构图，包括：外绝缘层112、导电屏蔽层114、内绝缘层116以及中心导线118。在该单芯屏蔽线106上传输调制信号以及125KHz的低频信号。

收发天线实施例

图4是本发明的收发天线的实施例。其电路结构参考图4所示，工作原理如下：其中从控制器到收发天线的低频信号、从收发天线到控制器的高频信号和电源共用图4所示的电源/信号线和地线两根电线。低频信号通过T1和T2三极管把信号耦合到电源/信号线上；同样高频接收/解调把解调出来的信号通过T3三极管把信号耦合到电源/信号线上。其中低频信号和高频信号为分时信号，即控制器监测电源/信号线空闲与否，以决定是否把低频调制信号发送到电源/信号线上。三极管T1、T2、T3可以理解为共同构成了控制器中的高/低频切换开关124和收发天线104中的双向信号切换电路144。

参考图4，具体的电路如下，在控制器102部分，包括高频信号解码装置120和低频信号产生装置122，其中低频信号产生装置122连接三极管T1和T2的基极，三极管T1的集电极还通过电阻R1连接到V_bat，三极管T1的发射极通过电阻R1连接到V_bat，三极管T2的集电极通过电阻R2连接到V_bat，三极管T2的发射极接地，电源/信号线从三极管T1的发射极/三极管T2的集电极引出。在收发天线104部分，包括三极管T3，三极管T3的发射极通过电阻R5接地，三极管T3的集电极通过电阻R3连接电源/信号线，收发天线104和控制器102之间还通过一地线相连。由此，三极管T1、T2、T3共同构成了控制器中的高/低频切换开关124和收发天线104中的双向信号切换电路144。继续参考其余电路，一低频磁场线圈一端通过电容C1接地，另一端通过二极管D1连接到电源/信号线，二极管D1的正极连接电源/信号线，负极连接低频磁场线圈。电源/信号线还连接到电阻R4，电阻R4连接到二极管D2的正极，二极管D2的负极连接一稳压模块，稳压模块的两端各通过一隔离电容C2、C3接地，稳压模块将电压稳定到5V，稳压模块继续连接一高频接收/解调模块，高频接收/解调模块连接到高频天线。高频接收/解调模块还输出一反馈，为经解调的高频信号至三极管T3的基极。

该电路的工作机制如下：要克服轮胎组件能耗导致的相对短寿命和高低频信号收发可靠性两个瓶颈问题，本发明采用“休眠/唤醒-发送/确认”工作机制。控制器通过125KHz低频由收发天线发送指令给轮胎组件，而轮胎组件则通过433.92MHz的高频信号把胎压信息通过收发天线发送给控制器。车辆通电点火后轮胎组件接收控制器发送的“唤醒”指令进入(半)自主间歇工作状态，并立即把胎压、胎温以及其他的信息反馈给控制器。轮胎组件中不同功能单元的间歇周期不同(胎压监测周期例如可设为2秒)，而高频发送和低频接收相对能耗大，所以它的间歇周期也要大(例如高频发送和低频接收周期可设为10分钟)。为了避免遗漏快变或其他紧急信息，高频发送和低频接收还可以被事件驱动，即监测到胎压变化ΔP、胎温变化ΔT或轮胎组件异常时立即启动高频发送和低频接收。为确保系统信息收发的有效性，轮胎组件将根据需要多次发射信息帧，直到收到控制器的有效信息“确认”为止。从节省能量的角度，可以为轮胎组件重复发射的次数设置一个限值(例如5帧)。如果发送5帧后仍没有收到确认信息，则自动消除“主从”关系并进入“无主”休眠状态。此时轮胎组件中低频信号天线接收解码部分可以处于“间歇”工作状态(例如低频解码周期设置为2秒)，而传感器和高频发送部分则处于休眠状态。如果控制器在一个高频间歇周期内(例如10分钟)没有监测到来自某个轮胎组件的有效信息，则会针对这个轮胎组件发送“唤醒”指令，重新让此轮胎组件进入间歇工作状态。如果“唤醒”不成功，在排除“同频干扰”等因素后控制器进入“故障运行”模式。整车熄火断电后控制器进入“整理”状态，收到轮胎电子模块发送过来的信息后立刻发送“休眠”指令。轮胎组件接收控制模块发送过来的“休眠”指令而进入“有主”休眠状态；此时轮胎组件中微处理器、传感器和低频天线接收解码部分处于“间歇”工作状态(例如低频解码周期设置为2秒，而传感器周期设为10分钟)，而高频发送部分则处于休眠状态。控制器令四个轮胎电子模块都进入休眠或进入整理15分钟后也自动进入断电休眠状态。处于“有主”休眠状态的轮胎电子模块，如果监测到胎压≤0.2Bar，则消除“主从”关系而进入一个“无主休眠”状态。利用此“休眠/唤醒-发射/确认”机制还可以实现轮胎组件和控制器之间“主从”关系的自动建立，即轮胎组件身份、轮胎位置以及控制器身份的自动识别。汽车点火通电后控制器对处于“无主”休眠状态的轮胎组件发送携带控制器身份信息和天线位置信息的“唤醒”指令进行激发。处于“无主”休眠状态轮胎组件将不受激发。控制器收不到某个车轮的反馈信息，排除其他因素影响后将针对此轮胎电子模块启动一个新的主从关系确认过程。控制器通过相应的低频天线发送携带自己身份信息、天线位置信息的“配对”指令。轮胎组件收到“配对”指令后把自己的身份信息、天线位置等信息反馈给控制器，收到控制器“确认”指令后完成此主从“配对”过程。控制器存储轮胎组件的身份编码作为轮胎信息来源标示，而轮胎组件则存储控制器的身份编码和位置信息作为呼叫信息来源标示。控制器和轮胎组件的工作流程和配对如图10和图11所示。

由此，本系统功能由轮胎组件、收发天线、控制器以及显示组件的协调工作来完成。系统为高(433.92MHz-上行链路)、低频(125KHz-下行链路)双向复合系统。在本系统中轮胎组件工作在半自主状态，控制器根据轮胎组件发出的信息进行判断。轮胎组件和控制器工作在“休眠/唤醒-发送/确认”的双向模式下。轮胎组件和控制器互认完毕后组合成一个固定的主从功能组合，其中控制器为主，轮胎组件为从。控制器、轮胎组件以及天线组件都有各自的身份ID加以标示。每个高/低频天线模块由低频呼叫天线和高频接收解调单元组成，整个系统包含低频天线和高频接收解调单元(四加四系统)。如果适当降低对高频接收误码率的要求，则也可以采用四低频天线加一个高频接收解码单元组成的低成本系统(四加一系统)。

车辆实施例

根据本发明的第二方面，提供一种具有轮胎气压监测系统的车辆，该轮胎气压监测系统包括：数组轮胎组件，轮胎组件的数量与车辆的轮胎数相当，在车辆的每一个轮胎上安装有一组所述轮胎组件，每一组轮胎组件包括高频发射单元和低频接收单元；数组收发天线，收发天线的数量与轮胎组件相当，每一组收发天线包括高频收发单元和低频收发单元，每一组收发天线与对应的一组轮胎组件的高频发射单元和低频接收单元进行通信；控制器，通过数条连接线路与所述数组收发天线相连，控制每一组对应的轮胎组件和收发天线之间的通信并通过数组收发天线接收所述数组轮胎组件监测的胎压状态，其中，对于每一组收发天线，使用一条连接线路；显示组件，与控制器相连，显示由轮胎气压监测系统监测的胎压状态；其中，数组收发天线通过低频收发单元使用低频向轮胎组件的低频接收单元发射来自控制器的指令；并通过高频收发单元接收由轮胎组件的高频发射单元用高频发射的胎压状态；控制器与每一组所述收发天线以时分复用的方式共用同一连接线路，用低频向收发天线发送指令并接收由收发天线解调转发的胎压/胎温状态。

该控制器包括：高频信号解码装置，接收由收发天线转发的解调信号，并从中解码出胎压/胎温状态；低频信号产生装置，产生用于控制收发天线和轮胎组件的指令，并调制成低频信号；高/低频链路切换开关，可切换地连接高频信号解码装置和低频信号产生装置，还连接到连接线路；在低频信号产生装置产生并发射低频信号时，高/低频链路切换开关切换至使得低频信号产生装置与连接线路耦接以在连接线路上传输低频信号；在高频信号解码装置接收高频信号时，高/低频链路切换开关切换至使得高频信号解码装置与连接线路耦接以在连接线路上传输解调信号。

该控制器配置成在高/低频链路切换开关进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息；或者控制器配置成连接线路上有低频信号传输的持续时间比高/低频链路切换开关切换到与低频信号产生装置相连接的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

该轮胎组件放置在车辆轮毂上，贴近轮胎的内圈，包括：低频接收单元，接收低频信号；高频发射单元，发射高频信号；胎压/胎温传感器，接触轮胎内气体，检测胎压/胎温；处理器，与低频接收单元、高频发射单元和传感器相连，根据由低频接收单元接收的经收发天线转发的来自控制器的低频指令，控制传感器检测胎压/胎温，并通过高频发射单元将信息发送给收发天线并转发给控制器。

收发天线安装在车辆的轮罩上，包括：高频收发单元，接收/解调高频信号；低频收发单元，接收/发射低频信号；双向信号切换电路，切换电路连接所述连接线路，并且可切换地连接所述高频收发单元和低频收发单元，在切换到高频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输解调信号，当切换到低频收发单元与连接线路耦接时在连接线路上传输低频信号。

每一组对应的收发天线的低频收发单元和轮胎组件的低频接收单元通过低频磁场实现通信；且每一组对应的收发天线和轮胎组件平行布置，即在轮胎旋转过程中对应的收发天线的低频收发单元轴线与轮胎组件的低频接收单元轴线沿磁力线方向保持平行。

上述的轮胎气压监测系统工作原理和基本结构与前述的实施例相似，此处就不再重复说明，对于车辆实施例，需要说明的是其中的显示组件103。参考图6，其是本发明的车辆的一实施例的结构示意图，其中示出了轮胎组件105、收发天线104、控制器102和显示组件103，其中显示组件103放置在车辆的仪表板上，包括一显示区域103A。

轮胎气压监测方法实施例

根据本发明的第三方面，提供一种轮胎气压监测方法，其中，以时分复用的方式在同一连接线路上用低频发送指令并以高频接收胎压状态，包括下列步骤：

a.切换连接线路状态至传输低频信号的状态，由一控制器以低频信号在连接线路上发送指令至一收发天线；当切换连接线路至传输低频信号的状态时，产生用于控制所述收发天线和轮胎组件的指令，并调制成低频信号，于连接线路上传输；

b.收发天线根据指令以低频信号与一轮胎组件通信，要求进行胎压检测；

c.轮胎组件进行胎压/胎温检测，并以高频信号将监测的胎压状态发送给收发天线；

d.切换连接线路状态至传输高频链路的状态，收发天线把高频解调信号在连接线路上发送胎压状态至控制器；当切换连接线路至传输高频链路的状态时，接收高频解调信号，并从中解码得到胎压/胎温状态

e.控制器将胎压/胎温状态传送至一显示组件显示；

f.在车辆开动期间反复进行上述的步骤。

根据一个实施例，可以周期性地自动在传输低频信号的状态和传输高频信号的状态之间切换，且发射低频信号的持续时间短于切换连接线路至传输低频信号的状态的持续时间。结合上述图3描述的时序图，进行切换时，设有保护时隙，在保护时隙内不传输信息。或者，切换连接线路至传输低频信号的持续时间比发射低频信号的持续时间短，且在传输前和传输后各有一保护时隙。

和上面的描述类似，收发天线和轮胎组件通过低频磁场实现通信。较佳的，收发天线和轮胎组件平行布置，即在轮胎旋转过程中收发天线的低频收发单元轴线与轮胎组件的低频接收单元轴线沿磁力线方向保持平行。

同样，高频信号为433.92MHz，而低频信号为125KHz。

上述的轮胎气压监测方法的工作原理和与前述的实施例相似，此处就不再重复说明，控制器和轮胎组件的工作流程和配对亦可如参考图8和图9所示。

结论

综合而言，本发明的轮胎气压监测方法具有如下的特点：

1)高频、低频双向工作模式

2)休眠/唤醒-发送/确认实时互动工作模式

3)轮边解调、控制器解码布置方案(四高频解调、四低频天线的四加四方案)

4)控制器、轮胎组件以及收发天线都具备身份码的方式

5)控制器、轮胎电子模块以及轮罩低频天线的自动配对工作方式

6)收发发送和轮胎组件的平行布置方式

7)电源/双向信号分时共线布置/工作方式

8)一高频解调、四低频天线(一加四)的布置方案

本发明高低双频信号方案(下行低频125KHz，上行高频433.92MHz)实现了轮胎组件和控制器的实时双向互动通讯(休眠/唤醒-发送/确认机制让轮胎组件完全处于主控制器的监控之下)。此实时双向互动通讯的工作机制极大地提高了通讯可靠性(收发天线和轮胎组件都正常工作时通讯可靠性为100％)，并且大大减少了轮胎组件的信息冗余发射次数(典型地1-2次发射即可完成通讯)；此系统再辅以轮边解码方案，实现了轮胎组件的超低功率发射(例如等效发射功率降为-20dBmW时，轮边解码仍可保证信号可靠检出，因为高频接收解码芯片的信号检出敏感电平一般都优于-100dBmW)。实时双向互动通讯和轮边解码方案的实施可显著节省轮胎组件电池电量，使轮胎组件达到了与车同寿命(大于十年)；此外，双向通讯模式同时还实现了轮胎组件工作状态的主动诊断和轮胎组件身份ID的实时自动识别，这进一步提高了整个系统的可靠性和轮胎组件安装/更换的便捷性。基于降低系统成本以及简化线束布置考虑，本发明提出了分时电源/信号线共用机制，使得控制器到收发天线的连线从四根线减少为两条线。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。